浅埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速铁路施工方法

摘要

本发明公开了一种铁路领域的施工方法，特别涉及一种浅埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速铁路施工方法，该方法包括以下施工步骤：1）超前支护和预加固处理；2）分部开挖，微差爆破；3）短台阶开挖支护施工；在施工过程中采用帷幕注浆，全断面注浆、径向注浆等注浆技术阻断地下水的渗流通道，控制地下水的流失；在施工过程中监测采用自动高精度监测及固定砚标高精度监测方法，确保及时发现下穿隧道施工对地表高速铁路轨道的影响。利用本施工方法，在新建线路下穿既有无咋轨道线路时可以确保既有线路的安全。

说明书

技术领域

本发明公开了一种铁路领域的施工方法，特别涉及新建线路新建线路下穿既有无咋轨道线路时的一种浅埋暗挖大跨度隧道的施工方法。

背景技术

目前，我国的高速铁路建设发展迅速，线路对基础沉降要求严格，新线建设过程中将不可避免的需要穿越既有无砟轨道线路，无砟线路沉降控制要求严，工后沉降不允许大于15mm，现有的暗挖隧道施工技术因隧道浅埋，施工期间，地下水流失，沉降不可避免，很难控制地表沉降在允许范围内，故需要研究隧道分台阶开挖支护施工技术，各种超前加固、止水注浆施工技术，自动监控量测技术，确保既有线施工安全。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服已有技术的不足，提供能有效控制地表沉降的一种浅埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速铁路施工方法。

本发明的发明目的是通过如下技术方案解决的，一种浅埋暗挖大跨度隧道下穿既有高速铁路施工方法，其特征是该方法包括以下施工步骤：

1）超前支护和预加固处理

根据地质预报结果，超前对待挖隧道周围的围岩，采用管棚、小导管进行加固，提高围岩强度、自稳能力；

2）分部开挖，微差爆破

隧道采用分部开挖，开挖方法以三台阶法为主，并根据围岩的状况及实际监控量测情况增加上台阶临时仰拱、中立柱及将上台阶进行分两部开挖或按CD法组织开挖支护作业；同时为了进一步减少围岩收敛变形，三台阶中下台阶施工时分左右两部交错开挖；优先选用高猛度、低爆速的岩石乳化炸药，在施工过程中采用小药卷炸药，多打眼、少装药，周边眼间距控制在50cm以内，其它炮眼间距控制在90cm以内，炮眼深度为1.2m～1.6m，装药线密度控制在0.5kg/m；应用微差爆破技术，多分段，对单段炸药用量进行控制，不仅在起爆网络上采用加大爆破段数的方法，在单个炮孔内孔也应用间隔装药方法，减少一次齐爆药量，确保每50ms内同时起爆的炸药量在10kg以内，以有效控制爆破震动的叠加；在爆破作业过程中加强爆破震动监测，使爆破震动速度控制在地表铁路联调运行允许范围内；

3）短台阶开挖支护施工

施工中采用短台阶施工技术，施工遵循“短进尺、强支护、早封闭”施工原则，开挖后及时进行型钢拱架支护，台阶长度控制在4～5m，仰拱距离掌子面不大于35m，衬砌距离掌子面不大于60m。

上述步骤1）中所述的管棚采用φ89×5无缝钢管，该钢管两端均加工成外丝扣，超前加固拱部120°范围，每循环管棚施工长度为10m，环向间距为40cm，施工外插角为12°左右，两个循环之间搭接长度不小于3m；所述管棚上钻注浆孔，孔径10mm～16mm，孔间距15cm，呈梅花型布置；管棚注浆采用水泥浆或水泥水玻璃双液浆，注浆压力为0.5～2.0MPa；因地表建筑物对沉降要求较高，为提高管棚导管的抗弯能力，在进行管棚注浆前在管棚内增设钢筋笼；上述的小导管与管棚配合使用，小导管采用φ42×3.5无缝钢管，长度4.5m，环向间距40 cm，施工外插角为5°～10°,两个循环间搭接长度不小于100 cm；小导管上也设钻注浆孔，钻孔及注浆方法同上述管棚。

在上述施工开挖过程中需要严格控制地下水的流失，超前采用管棚、小导管注浆，并根据开挖揭露的地下水情况，选择采用帷幕注浆，全断面注浆、径向注浆等注浆技术阻断地下水的渗流通道，控制地下水的散失，注浆浆液的类型及配比，根据地下水的涌水量情况选择采用水泥、水玻璃双液浆，或者普通的止水化学浆液，油性发泡聚胺脂改善超前注浆止水的效果。

上述施工过程中的施工监测采用自动高精度监测及固定砚标高精度监测方法，即在高速铁路轨道封闭以后，沿隧道开挖轴线及隧道开挖影响范围内的高速铁路上布设高精度光纤光栅静力水准仪、光纤光栅弯曲式双向位移传感器、光纤光栅准分布式温度传感器，通过光纤及时将监测数据传递到主控计算机，及时发现地表轨道的变化情况；同时在地表轨道上布设固定的反射棱镜，用高精度全站仪通过三角高程测量方法及时观测地表轨道的异常变化，确保及时发现下穿隧道施工对地表高速铁路轨道的影响；同时，在隧道施工内部完善监测系统，除进行传统的围岩收敛及拱顶沉降变形监测外，还采用地质钻机在隧道开挖范围两侧钻设水位监测孔，使用水位计监测地下水的散失情况；在围岩与支护结构间埋设土压力盒，用于测量土体对结构的土压力变化，适时掌握围岩内部应力的变化情况。

本发明的有益效果是：采用本方法施工，工序干扰少，安全可靠，降低了工程造价，确保了施工全过程处于安全、稳定、优质、快速的可控状态。

具体实施方式

以下通过结合具体实际情况，说明本发明的具体实施方式。

下穿隧道施工前详细调查地表轨道的结构状况，隧道围岩情况，地下水含水情况，绘制下穿隧道与地表轨道的相对位置关系图，分析隧道施工可能会对地表轨道产生的各种影响；

下穿隧道开挖施工前先施工超前管棚支护，该管棚采用超前φ89×5无缝钢管，钢管两端均加工成外丝扣，超前加固拱部120°范围，每循环管棚施工长度为10m，环向间距为40cm，施工外插角为12°左右，两个循环之间搭接长度不小于3m；钢花管上钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15cm，呈梅花型布置；管棚注浆采用水泥浆或水泥水玻璃双液浆，注浆压力为0.5～2.0MPa；因地表建筑物对沉降要求较高，为提高管棚导管的抗弯能力，在进行管棚注浆前在管棚内增设钢筋笼。

超前小导管与管棚配合使用，超前小导管采用φ42×3.5无缝钢管，长度4.5m，环向间距40 cm，施工外插角为5°～10°， 两个循环间搭接长度不小于100 cm；超前小导管上也要求钻注浆孔，钻孔及注浆方法同管棚。

超前支护施工完成后，利用超前管棚钻机在开挖面上钻孔检查超前支护及加固封闭地表水的实际施工效果，如孔内仍有明流水，需继续加强超前注浆止水措施，确保隧道开挖过程中开挖作业面在无明流水条件下施工。

开挖施工过程中按短台阶法施工技术组织施工，确保施工支护结构及时封闭成环，对隧道开挖过程中各台阶无法及时闭合成环的，在钢架拱架部位采用长度4.5m，φ50×3. 5钢管加强锁脚，开挖掌子面及时喷混凝土封闭，减少围岩的收敛变形，控制围岩收敛变形在1cm以内。并根据隧道内施工监控量测的数据变化情况增设临时支护仰拱及中立柱。

隧道爆破开挖采用减弱松动爆破，爆破炸药优先选用高猛度、低爆速的岩石乳化炸药，在施工过程中采用小药卷炸药，多打眼、少装药，周边眼间距控制在50cm以内，其它炮眼间距控制在90cm以内，炮眼深度为1.2m～1.6m，装药线密度控制在0.5kg/m；应用微差爆破技术，多分段，对单段炸药用量进行控制，不仅在起爆网络上采用加大爆破段数的方法，在单个炮孔内孔也应用间隔装药方法，减少一次齐爆药量，确保每50ms内同时起爆的炸药量在10kg以内，以有效控制爆破震动的叠加；在爆破作业过程中加强爆破震动监测，使爆破震动速度控制在1cm/s范围内,尽量减少爆破震动对地表轨道运行的影响；

为在施工过程中及时发现下穿隧道施工对地表轨道及周边环境的影响，以便调整开挖支护方法，本工程在按以上方法进行隧道开挖的同时，对隧道地表及洞内分别采用了高精度施工监测方法。隧道地表在高速铁路轨道封闭以后，沿隧道开挖轴线及隧道开挖影响范围内的高速铁路上布设高精度光纤光栅静力水准仪、光纤光栅弯曲式双向位移传感器、光纤光栅准分布式温度传感器，通过光纤及时将监测数据传递到主控计算机，及时发现地表轨道的变化情况；同时在地表轨道上布设固定的反射棱镜，用高精度全站仪通过三角高程测量方法及时观测地表轨道的异常变化，确保及时发现下穿隧道施工对地表高速铁路轨道的影响。同时，在隧道施工内部完善监测系统，除进行传统的围岩收敛及拱顶沉降变形监测外，还采用地质钻机在隧道开挖范围两侧钻设水位监测孔，使用水位计监测地下水的散失情况；在围岩与支护结构间埋设土压力盒，用于测量土体对结构的土压力变化，适时掌握围岩内部应力的变化情况。